java 多线程并发问题总结

java 多线程并发主要通过关键字synchronized实现

Java语言的关键字，当它用来修饰一个方法或者一个代码块的时候，能够保证在同一时刻最多只有一个线程执行该段代码。

     一、当两个并发线程访问同一个对象object中的这个synchronized(this)同步代码块时，一个时间内只能有一个线程得到执行。另一个线程必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。

     二、然而，同一对象中的线程，当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该object中的非synchronized(this)同步代码块。

     三、尤其关键的是，同一对象中的线程，当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，其他线程对object中所有其它synchronized(this)同步代码块的访问将被阻塞。

     四、第三个例子同样适用其它同步代码块。也就是说，同一对象中的线程，当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，它就获得了这个object的对象锁。结果，其它线程对该object对象所有同步代码部分的访问都被暂时阻塞。

     五、以上规则对其它对象锁同样适用.

举例说明：  
     一、当两个并发线程访问同一个对象object中的这个synchronized(this)同步代码块时，一个时间内只能有一个线程得到执行。另一个线程必须等待当前线程执行完这个代码块以后才能执行该代码块。

package ths;

public class Thread1 implements Runnable {  
     public void run() {  
          synchronized(this) {  
               for (int i = 0; i < 5; i++) {  
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " synchronized loop " + i);  
               }  
          }  
     }  
     public static void main(String[] args) {  
          Thread1 t1 = new Thread1();  
          Thread ta = new Thread(t1, "A");  
          Thread tb = new Thread(t1, "B");  
          ta.start();  
          tb.start();  
     } 
}

结果：  
     A synchronized loop 0  
     A synchronized loop 1  
     A synchronized loop 2  
     A synchronized loop 3  
     A synchronized loop 4  
     B synchronized loop 0  
     B synchronized loop 1  
     B synchronized loop 2  
     B synchronized loop 3  
     B synchronized loop 4

     二、然而，当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，另一个线程仍然可以访问该object中的非synchronized(this)同步代码块。

package ths;

public class Thread2 {  
     public void m4t1() {  
          synchronized(this) {  
               int i = 5;  
               while( i-- > 0) {  
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);  
                    try {  
                         Thread.sleep(500);  
                    } catch (InterruptedException ie) {  
                    }  
               }  
          }  
     }  
     public void m4t2() {  
          int i = 5;  
          while( i-- > 0) {  
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);  
               try {  
                    Thread.sleep(500);  
               } catch (InterruptedException ie) {  
               }  
          }  
     }  
     public static void main(String[] args) {  
          final Thread2 myt2 = new Thread2();  
          Thread t1 = new Thread(  new Runnable() {  public void run() {  myt2.m4t1();  }  }, "t1"  );  
          Thread t2 = new Thread(  new Runnable() {  public void run() { myt2.m4t2();   }  }, "t2"  );  
          t1.start();  
          t2.start();  
     } 
}

结果：  
     t1 : 4  
     t2 : 4  
     t1 : 3  
     t2 : 3  
     t1 : 2  
     t2 : 2  
     t1 : 1  
     t2 : 1  
     t1 : 0  
     t2 : 0

     三、尤其关键的是，当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，其他线程对object中所有其它synchronized(this)同步代码块的访问将被阻塞。

     //修改Thread2.m4t2()方法：  
     public void m4t2() {  
          synchronized(this) {  
               int i = 5;  
               while( i-- > 0) {  
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);  
                    try {  
                         Thread.sleep(500);  
                    } catch (InterruptedException ie) {  
                    }  
               }  
          }

     }

结果：

     t1 : 4  
     t1 : 3  
     t1 : 2  
     t1 : 1  
     t1 : 0  
     t2 : 4  
     t2 : 3  
     t2 : 2  
     t2 : 1  
     t2 : 0

     四、第三个例子同样适用其它同步代码块。也就是说，当一个线程访问object的一个synchronized(this)同步代码块时，它就获得了这个object的对象锁。结果，其它线程对该object对象所有同步代码部分的访问都被暂时阻塞。

     //修改Thread2.m4t2()方法如下：

     public synchronized void m4t2() {  
          int i = 5;  
          while( i-- > 0) {  
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);  
               try {  
                    Thread.sleep(500);  
               } catch (InterruptedException ie) {  
               }  
          }  
     }

结果：  
     t1 : 4  
     t1 : 3  
     t1 : 2  
     t1 : 1  
     t1 : 0  
     t2 : 4  
     t2 : 3  
     t2 : 2  
     t2 : 1  
     t2 : 0

     五、以上规则对其它对象锁同样适用:

package ths;

public class Thread3 { 
     class Inner { 
          private void m4t1() { 
               int i = 5; 
               while(i-- > 0) { 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : Inner.m4t1()=" + i); 
                    try { 
                         Thread.sleep(500); 
                    } catch(InterruptedException ie) { 
                    } 
               } 
          } 
          private void m4t2() { 
               int i = 5; 
               while(i-- > 0) { 
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : Inner.m4t2()=" + i); 
                    try { 
                         Thread.sleep(500); 
                    } catch(InterruptedException ie) { 
                    } 
               } 
          } 
     } 
     private void m4t1(Inner inner) { 
          synchronized(inner) { //使用对象锁 
          inner.m4t1(); 
     } 
     private void m4t2(Inner inner) { 
          inner.m4t2(); 
     } 
     public static void main(String[] args) { 
          final Thread3 myt3 = new Thread3(); 
          final Inner inner = myt3.new Inner(); 
          Thread t1 = new Thread( new Runnable() {public void run() { myt3.m4t1(inner);} }, "t1"); 
     Thread t2 = new Thread( new Runnable() {public void run() { myt3.m4t2(inner);} }, "t2"); 
     t1.start(); 
     t2.start(); 
  } 
}

结果：

尽管线程t1获得了对Inner的对象锁，但由于线程t2访问的是同一个Inner中的非同步部分。所以两个线程互不干扰。

     t1 : Inner.m4t1()=4  
     t2 : Inner.m4t2()=4  
     t1 : Inner.m4t1()=3  
     t2 : Inner.m4t2()=3  
     t1 : Inner.m4t1()=2  
     t2 : Inner.m4t2()=2  
     t1 : Inner.m4t1()=1  
     t2 : Inner.m4t2()=1  
     t1 : Inner.m4t1()=0  
     t2 : Inner.m4t2()=0

现在在Inner.m4t2()前面加上synchronized：

     private synchronized void m4t2() {  
          int i = 5;  
          while(i-- > 0) {  
               System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : Inner.m4t2()=" + i);  
               try {  
                    Thread.sleep(500);  
               } catch(InterruptedException ie) {  
               }  
          }  
     }

结果：

尽管线程t1与t2访问了同一个Inner对象中两个毫不相关的部分,但因为t1先获得了对Inner的对象锁，所以t2对Inner.m4t2()的访问也被阻塞，因为m4t2()是Inner中的一个同步方法。

     t1 : Inner.m4t1()=4  
     t1 : Inner.m4t1()=3  
     t1 : Inner.m4t1()=2  
     t1 : Inner.m4t1()=1  
     t1 : Inner.m4t1()=0  
     t2 : Inner.m4t2()=4  
     t2 : Inner.m4t2()=3  
     t2 : Inner.m4t2()=2  
     t2 : Inner.m4t2()=1  
     t2 : Inner.m4t2()=0

class Sync {

public synchronized void test() {
System.out.println("test开始..");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("test结束..");
}
}

class MyThread extends Thread {

public void run() {
Sync sync = new Sync();
sync.test();
}
}

public class Main {

public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
Thread thread = new MyThread();
thread.start();
}
}
}

运行结果：

运行结果：
test开始..
test开始..
test开始..
test结束..
test结束..
test结束..

将test()方法上的synchronized去掉，在方法内部加上synchronized(this)：

public void test() {
synchronized(this){
System.out.println("test开始..");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("test结束..");
}
}

运行结果：
test开始..
test开始..
test开始..
test结束..
test结束..
test结束..

实际上，synchronized(this)以及非static的synchronized方法（至于static synchronized方法请往下看），只能防止多个线程同时执行同一个对象的同步代码段。

回到本文的题目上：synchronized锁住的是代码还是对象。答案是：synchronized锁住的是括号里的对象，而不是代码。对于非static的synchronized方法，锁的就是对象本身也就是this。

当synchronized锁住一个对象后，别的线程如果也想拿到这个对象的锁，就必须等待这个线程执行完成释放锁，才能再次给对象加锁，这样才达到线程同步的目的。即使两个不同的代码段，都要锁同一个对象，那么这两个代码段也不能在多线程环境下同时运行。

每个线程中都new了一个Sync类的对象，也就是产生了三个Sync对象，由于不是同一个对象，所以可以多线程同时运行synchronized方法或代码段。

为了验证上述的观点，修改一下代码，让三个线程使用同一个Sync的对象。

class MyThread extends Thread {

private Sync sync;

public MyThread(Sync sync) {
this.sync = sync;
}

public void run() {
sync.test();
}
}

public class Main {

public static void main(String[] args) {
Sync sync = new Sync();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
Thread thread = new MyThread(sync);
thread.start();
}
}
}

运行结果：
test开始..
test结束..
test开始..
test结束..
test开始..
test结束..

那么，如果真的想锁住这段代码，要怎么做？也就是，如果还是最开始的那段代码，每个线程new一个Sync对象，怎么才能让test方法不会被多线程执行。 

解决也很简单，只要锁住同一个对象不就行了。例如，synchronized后的括号中锁同一个固定对象，这样就行了。这样是没问题，但是，比较多的做法是让synchronized锁这个类对应的Class对象。

class Sync {

public void test() {
synchronized (Sync.class) {
System.out.println("test开始..");
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("test结束..");
}
}
}

class MyThread extends Thread {

public void run() {
Sync sync = new Sync();
sync.test();
}
}

public class Main {

public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
Thread thread = new MyThread();
thread.start();
}
}
}

运行结果：
test开始..
test结束..
test开始..
test结束..
test开始..
test结束..

生产者消费者模式（通过flag标志位实现）：

private String pic;
private boolean flag = true;

public synchronized void play(String pic) throws InterruptedException{
if(!flag){
this.wait();
}
Thread.sleep(500);
this.pic=pic;
this.notify();
this.flag = false;

}

public synchronized void watch() throws InterruptedException{
if(flag){
this.wait();
}

Thread.sleep(200);

System.out.println(pic);

this.notify();
this.flag = true;

}

多线程之间需要协调工作。例如，浏览器的一个显示图片的线程displayThread想要执行显示图片的任务，必须等待下载线程downloadThread将该图片下载完毕。如果图片还没有下载完，displayThread可以暂停，当downloadThread完成了任务后，再通知displayThread“图片准备完毕，可以显示了”，这时，displayThread继续执行。

以上逻辑简单的说就是：如果条件不满足，则等待。当条件满足时，等待该条件的线程将被唤醒。在Java中，这个机制的实现依赖于wait/notify。等待机制与锁机制是密切关联的。例如：

synchronized(obj) {
    while(!condition) {
        obj.wait();
    }
    obj.doSomething();
}

当线程A获得了obj锁后，发现条件condition不满足，无法继续下一处理，于是线程A就wait()。

在另一线程B中，如果B更改了某些条件，使得线程A的condition条件满足了，就可以唤醒线程A：

synchronized(obj) {
    condition = true;
    obj.notify();
}

需要注意的概念是：

# 调用obj的wait(), notify()方法前，必须获得obj锁，也就是必须写在synchronized(obj) {...} 代码段内。

# 调用obj.wait()后，线程A就释放了obj的锁，否则线程B无法获得obj锁，也就无法在synchronized(obj) {...} 代码段内唤醒A。

# 当obj.wait()方法返回后，线程A需要再次获得obj锁，才能继续执行。

# 如果A1,A2,A3都在obj.wait()，则B调用obj.notify()只能唤醒A1,A2,A3中的一个（具体哪一个由JVM决定）。

# obj.notifyAll()则能全部唤醒A1,A2,A3，但是要继续执行obj.wait()的下一条语句，必须获得obj锁，因此，A1,A2,A3只有一个有机会获得锁继续执行，例如A1，其余的需要等待A1释放obj锁之后才能继续执行。

# 当B调用obj.notify/notifyAll的时候，B正持有obj锁，因此，A1,A2,A3虽被唤醒，但是仍无法获得obj锁。直到B退出synchronized块，释放obj锁后，A1,A2,A3中的一个才有机会获得锁继续执行。

public void m4t1() {
synchronized(this) {
int i = 5;
while( i-- > 0) {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException ie) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
try {
Thread.sleep(10000);
} catch (InterruptedException ie) {
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i+1);
}
}
}
public void m4t2() {
int i = 5;
while( i-- > 0) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException ie) {
}

}
}
public static void main(String[] args) {
final SynDemo1 myt2 = new SynDemo1();
Thread t1 = new Thread( new Runnable() { public void run() { myt2.m4t1(); } }, "t1" );
Thread t2 = new Thread( new Runnable() { public void run() { myt2.m4t2(); } }, "t2" );
t1.start();
t2.start();
}

运行结果：

t2 : 4
t2 : 3
t1 : 4
t2 : 2
t2 : 1
t2 : 0
t1 : 41
t1 : 3
t1 : 31
t1 : 2
t1 : 21
t1 : 1
t1 : 11
t1 : 0
t1 : 01

此结果说明，在执行synchronized的线程不是原子的，执行过程中仍然可以被打断转而执行与此锁无关的其他线程的执行。